基于HyperWorks与Abaqus摄像头模组跌落可靠性联合仿真攻略

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作者优秀: 优秀教师/意见领袖/博士学历/特邀专家/独家讲师
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导读：曾几何时，仿真秀平台乘风老师分享的《Hypermesh二次开发能力，以电子产品跌落分析为例》给我们讲解如何借助于hypermesh的流程自动化技术，快速开发出无缝集成的自动化系统，可在几个小时内完成原来需要一周或者两周时间才能完成的工作，加快了产品的开发流程，引发了工程师朋友对电子产品跌落仿真分析的高度关注。

今天我们邀请仿真秀专栏作者北鲲老师，给大家带来基于摄像头（电子产品）模组跌落可靠性仿真分析。它主要涵盖基于模组跌落可靠性分析仿真流程和跌落仿真分析过程中特别注意事项。

一、基于模组跌落可靠性分析仿真流程

首先我们来明确下做（模组）跌落仿真的目的，也就是为啥要做：

（1）能够清晰的将跌落过程复现，以便我们来研究一些机理。
（2）不同客户要用的零部件不同，要快速给客户评判组合是否合理。通过仿真得出，结构设计带来的一些缺陷，提前预估、评判，加以改进。
（3）当我们采用新的胶水以及新的材料时，验证可行性，譬如粘结力是否足够，会不会开胶。
（4）通过实际跌落实验数据，不断完善仿真参数以及结构。能够快速的通过仿真模拟来评判结果。
（5）缩短新产品开发周期，为企业带来实际效益

1、模组跌落分析对象

如果说手机拉近了人与人的距离，缩短了地球的距离。作为采集数据对外交流的摄行头（模组）的低位显得举足轻重。

图一模组结构爆炸图

模组结构从上到下依次为：镜头保护膜、镜头、马达、蓝玻璃、Holder、传感器、以及板子（FPC、PCB）、连接器和相互连接的胶水。由于涉及到材料非线性、接触非线性、几何非线性，同时考虑到时间成本我们采用ABAQUS显示动力学来分析跌落问题。

2、模组跌落仿真流程

（1）简化模型

一颗模组外表虽小，但其内部十分复杂，在仿真前我们需要将螺栓相关部件删除掉，用节点耦合的方式来提替代。马达部分也会将簧片等和马达本体考虑为一体，涉及到的小的沟槽、孔洞一般都会简化或者移除。

图二模组详细结构图

（2）网格划分

模组零件简化后，在20个左右。总体原则我们能划分六面体就不去划分四面体，像镜头，支架结构复杂的就得考虑四面体。网格数量、质量，尤其是最小单元尺寸直接影响求解时间的数量级。

图三模组网格划分图

（3）材料设定以及属性赋予

1）普通线弹性材料
2）合金塑性材料
3）胶粘材料

材料设定分以上三类，在HyperMesh、ABAQUS设置均可。但是HyperMesh材料设定基于卡片形式，不容易找到，Abaqus材料属性、损伤准则以及失效判据可以清晰快速找到并设定。设置胶粘材料同时对单元属性、划分层数、以及输出均有极高的要求。

通常我们要做六面体、一层单元、设定单元删除，后处理设定标准刚度退化。截面属性可以设定胶粘厚度。必须基于胶和相邻部件的绑定接触设置。

图四、材料设定

图五截面属性设定

（4）接触设定

1）通用接触
2）绑定接触
3）胶粘接触

图六接触属性设定

（5）边界条件设定

1）末速度
2）重力加速度
3）地板约束

图七边界条件设定

（6）载荷步设定

图七载荷步设定

（7）输出设定

图七、输出场/历史输出场设定

（8）后处理

后处理我们用HyperView调取Abaqus的odb结果文档，输出相应的目标变量。如：

1）BG、sensor的应变
2）金线的塑性
3）整个跌落动画
4）撞击过程玻璃与holder的距离
5）金线与holder的距离
6）金线有没有相互撞击的动画以及距离

图八、HyperView后处理

综上，为模组跌落的整个分析过程，其中还有诸多注意事项，例如：

（1）简化后模组的质量如何和实际相符；
（2）中途网格畸变通过Job Diagnostics来检查；
（3）金线的塑性如何输入到Abaqus中；
（4）如何设定材料的损伤失效；
（5）胶粘单元和胶粘接触的区别。
（6）单元间如何设定胶粘属性

注意此流程以及逻辑可以搬用到任何跌落冲击、胶粘失效、金属拉升断裂仿真。推荐大家关注我4月27日（周二）免费公开课《基于Abaqus电子产品跌落可靠性分析公开课（摄像头案例）》

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接下来，给大家分享一些我在电子产品跌落仿真经验和注意事项。

二、电子产品跌落仿真的注意事项

1、模型是否精确

在完善的公司里，三维设计和仿真时分开的。所以我们拿到的三维模从设计工程师、客户手中拿过来的。

这个时候多数情况下，我们是没有办法直接拿来做仿真模拟的。我们采取的办法有两种:

方法一：返给交付的人员让他们重新修改，当然我们仿真工程师要对具体结构阐明需要修改的理由，比如有间隙、有重叠。
方法二：我们自己用三维建模软件来修改，比如UG、preo、spaceclaim。当然我喜欢直接放到HyperMesh进行修改。我们采用删除实体、查看自由边、填补破面、压缩不想要的边线等方式来简化改进模型。

2、网格质量是否合理

一颗模组零件多而且小，涉及到金线的时候只有几个um，造成我们网格尺度比较小。我们的原则就是能画六面体的一定要六面体，比如PCB板、元器件、各种胶水。

当然像Lens、MTM(镜头、马达）这类复杂的几何造型，我们就是用四面体来模拟。六面体一般不会有网格质量问题，长宽比、坍塌比、最小变、翘曲等等都会对仿真结构有影响。

为了防止出现计算中途网格畸变造成计算失败，我还是愿意稍微多花一点功夫来划分网格以及检查网格质量。

3、本构方程的精确、参数设定的准确

材料的确是个重要的问题，同时也是个麻烦的问题，这些参数去哪里找？百度吗？太天真了，如果百度就能得来参数，那准确度你敢相信么？

材料参数，来源有两个，一是和厂商要，二是自己上相关材料网站找。这里预置一个彩蛋，课程中我会送给大家一个软件，用来从准确定义本构的图片中获取准确的数值。

有了准确的本构数值还是不够的，你要清楚ABAQUS里边相关的力学行为设定、线性、塑性、损伤、失效以及输出。这块建立不准确或者说用的不准确，结果也是一样的不准确。那么这些参数具体含义是什么？又该怎么设置呢？欢迎大家关注我的精品课《行业实战进阶·基于HyperWorks与Abaqus电子产品摄像头模组跌落可靠性仿真分析》

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